《ENERGY AND BUILDINGS》：A novel method for assessing the impacts of energy monitoring systems adoption in building energy efficiency retrofitting projects
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本研究提出并验证了一种评估建筑能效改造项目中能源管理系统（EMS）影响的新方法，通过米兰两栋全电办公楼案例，揭示了EMS在提升能源效率、降低成本及减少碳排放方面的作用机制，包括精准的基线评估、优化性能预测和精准的节能措施识别。
Federico Orsatti|Michele Mariella|Giuseppe Sperduto|Francesco Dal Chiele|Giorgio Locatelli
米兰理工大学管理工程系，意大利米兰Lambruschini街4号，20156
摘要
建筑行业的脱碳对于实现净零排放目标至关重要。在这一背景下，智能技术在提升建筑性能和促进数据驱动的决策制定中发挥着关键作用。其中，能源监控系统（EMS）是一种基础性的智能技术，能够收集关于能源消耗和建筑状况的实时、详细且可靠的数据。尽管其具有重要的实际意义，但EMS在能源改造项目决策过程中的作用——尤其是在识别、评估和实施能源效率措施方面——仍需进一步研究。本研究旨在提出并应用一种新的方法来评估EMS在建筑中的应用效果，突出其带来的能源、经济和环境效益，以及这些效益背后的驱动机制。该方法还应用于意大利米兰一个由两栋全电动汽车建筑组成的建筑群中的实际案例。具体而言，我们评估了采用EMS的成本和效益，包括能源节约、成本节约和排放减少等方面。这些效益源于更准确的基线评估、更精确的项目性能估算以及更精准的改进措施选择，从而增强了决策的准确性，改善了项目成果，并减少了能源改造项目的不确定性。因此，本研究具有双重贡献：首先是在方法论上的创新，因为这里提出的方法是唯一一种用于评估EMS在建筑能效改造项目中应用效果的方法；其次，它为理解EMS效益的驱动因素提供了新的见解，这些见解可以推广到其他类似建筑。
缩写：EMS：能源监控系统；BEERP：建筑能效改造项目；EA：能源审计；EEM：能源效率措施；SPB：简单回收期；SPBT：简单回收时间；IRR：内部收益率。
引言
建筑能效改造项目（BEERP）在实现净零排放目标中起着核心作用。然而，目前全球范围内的BEERP实施率仍低于实现《巴黎协定》目标所需的水平[1]、[2]。BEERP是指将最新技术或功能应用于过时的系统，以提高能源效率并增加可再生能源的使用，同时减少现有建筑群的温室气体排放[3]。BEERP包括一系列能源效率措施（EEM）[4]。EEM涉及用于提升建筑能源性能的具体实践和技术，例如调整负荷设置和建筑围护结构的隔热措施[5]、[6]。
提出EEM是能源审计（EA）的关键目标[7]。能源审计是对某个场所、建筑、系统或组织的能源使用和消耗进行系统性的检查和分析，旨在识别能源流动及提升能效的潜力，并对此进行报告[7]。欧洲标准16,247[7]、[8]、[9]为开展能源审计提供了指导方针。能源审计通常包括对建筑围护结构隔热、照明、暖通空调系统及电器等各项因素的系统性现场评估。通常还会建立能源模型，这有助于了解建筑的当前使用情况，并提出和评估相应的EEM[8]。
当缺乏关于建筑能源使用的高频、细粒度实证数据时，能源模型通常依赖于基于物理原理的模拟[10]、[11]。为了提高模拟的准确性，通常会采用校准方法[10]、[12]。校准是指调整模型参数，使模拟结果与实验数据一致的过程[13]。Vera-Piazzini和Scarpa[10]在其关于建筑能源模型校准方法、技术和工具的综述中指出，目前尚未出现一种普遍认可或成熟的校准方法。
尽管应用了校准技术，但在建筑能源模拟中仍存在显著的准确性问题[11]。基于模拟的能源模型往往无法准确反映建筑的实际使用情况，这通常是因为它们依赖于理想化的使用者时间表、行为模式和运营方式，以及过于简化的建筑系统，这些因素可能导致未能识别出有效的EEM，从而降低预期的能源节约效果[10]、[19]。此外，校准的有效性很大程度上取决于测量数据的可用性、质量、粒度和时间分辨率，低频率的数据会显著限制校准的可靠性和诊断能力[10]、[20]。实际上，能源模型的开发往往基于有限的输入信息（如每月的公用事业账单或短期监测数据），这限制了它们准确反映实际运行条件和系统动态的能力[20]。因此，能源审计中的模拟准确性可能受到缺乏足够详细测量数据的限制；相反，如果拥有丰富的实证数据，详细的模拟就不是必需的。此外，能源模型的开发过程往往复杂且耗时[20]，这可能会限制其在实际应用中的效果，并降低其对建筑性能的描述能力[21]。因此，识别、评估和选择合适的EEM仍然是一个重大挑战[4]、[22]。
另一种方法是直接测量和分析建筑性能，因为某些节能效果可能存在于特定用途或设备中，而这些信息无法通过整栋建筑的月度公用事业数据得到充分反映[20]。特别是，建筑中智能技术的出现可以通过集成传感、监控、通信、控制和自动化功能来促进这一过程，从而实现更高效的运营和更明智的决策[11]、[23]，从而在整个建筑生命周期内实现长期的能源节约和温室气体排放减少[24]。建筑中的智能技术包括可再生能源系统、能源存储系统、先进的暖通空调系统、传感器和执行器、智能电表以及建筑能源管理系统[23]、[25]。特别是，建筑能源管理系统能够连接和协调其他智能技术[26]，自动控制负荷（包括优化可再生能源集成、能源存储、照明和暖通空调运行），检测故障，监控数据（包括数据的收集、存储、分析和报告），并实现负荷的远程控制[27]、[28]、[29]。
建筑能源管理系统（以下简称EMS）的监控功能是一种至关重要的智能技术，它可以提供关于能源使用（例如电力和天然气消耗）[30]以及关键环境条件（例如二氧化碳浓度[20]、温度[21]和占用情况[31]）的详细且可靠的实时数据，从而支持更准确、更简单的EEM识别、评估和选择[11]、[20]、[28]、[32]。EMS使用硬件（例如传感器）和软件来收集相关的建筑数据[30]。EMS还能检测异常和问题，及时发现并解决问题，避免不必要的能源浪费和不适[11]、[33]、[34]。此外，EMS还有助于在采用EEM前后对比性能[35]。因此，EMS在推动基于充分信息的EEM决策制定中发挥着重要作用，减少了BEERP规划中的不确定性[28]、[35]、[36]。由于建筑业主和租户历来倾向于规避风险[37]、[38]、[39]，因此减少这种不确定性对于加快翻新速度至关重要。
尽管EMS在实践中具有重要意义，但关于其在识别、评估和采用特定EEM方面的作用，以及其在BEERP决策制定中的角色的研究仍然较少。现有文献往往侧重于通过自动化直接提升效率的智能技术（如建筑能源管理系统），而对监控方面的关注较少[26]、[40]、[41]、[42]、[43]、[44]、[45]。因此，现有研究缺乏对EMS在BEERP决策制定中影响的定量评估，也不清楚EMS具体通过哪些机制促进建筑改造。因此，本研究旨在提出并应用一种新的方法来评估EMS的应用效果，突出其带来的能源、经济和环境效益，以及这些效益背后的驱动机制。我们在意大利米兰的一个由两栋全电动汽车建筑组成的建筑群中试点应用了这种方法，评估了EMS的应用成本和效益，包括更高的能源节约、成本节约和排放减少。此外，我们还确定了这些效益背后的驱动机制，包括：1）更准确的项目前期条件评估；2）更精确的项目性能估算；3）识别出新的、更具针对性和成本更低的EEM。这些机制提升了BEERP决策的准确性，并发现了零成本的EEM。因此，我们提倡在建筑中更广泛地实施和使用EMS作为关键的智能技术，并建议相关组织采用此类系统，同时政策制定者应制定相应的激励措施。
方法论
我们将方法论部分分为两个小节。首先，详细介绍了评估EMS影响的新方法（以下简称“评估方法”）。其次，讨论了该方法在意大利米兰两栋全电动汽车办公楼建筑群中的试点应用效果。
结果
在本节中，我们展示了应用评估方法评估EMS在建筑中应用效果的结果，强调了其带来的能源、经济和环境效益，以及背后的驱动机制。这些机制包括：（i）更准确的项目前期条件评估；（ii）更精确的项目性能估算；（iii）更精准且更具成本效益的EEM选择。该部分的结构如下：首先，我们对比了……
讨论与结论
EMS是提升建筑性能的基础性智能技术，能够提供关于能源消耗和建筑状况的详细且可靠的实时数据。然而，现有文献大多忽视了它们在建筑中的实际影响，导致在理解其最佳使用实践方面存在知识空白。本文提出并应用了一种新的评估方法，用于评估EMS在建筑中的应用效果，突出了其带来的能源、经济和环境效益。
作者贡献声明
Federico Orsatti：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、方法论制定、数据分析、概念化。Michele Mariella：撰写——审稿与编辑、监督、资源协调。Giuseppe Sperduto：撰写——审稿与编辑、监督、资源协调、方法论制定。Francesco Dal Chiele：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、方法论制定、数据分析。Giorgio Locatelli：撰写——审稿与编辑、监督、方法论制定。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
作者声明没有需要披露的利益冲突。本研究由欧盟 - NextGenerationEU - PNRR项目以及Tecnimont Services s.p.a.（Maire集团旗下公司）资助。本文所表达的观点和意见仅代表作者本人，并不一定反映欧盟或Tecnimont Services s.p.a.的立场，欧盟或Tecnimont Services s.p.a.也不对本文内容负责。
